반도체 공정 - (1) 웨이퍼 공정(클리닝)

오염물 

수율, 성능, 재현성 문제발생

-Particle: defect생성, 미세공정에 치명적, minimum feature size의 1/2~1/10허용

               -> laser를 쏴서 scattered light intensity로 확인

-Metal: 이온주입 공정, 이동 혹은 보관에서 주로 발생 ex)Fe, Cu, Al, Na, K ...

문제점: 소자 성능과 long-term stability를 저하시킨다

-Organic: photoresist 잔여물, detergent, bacteria, solvent, lubricant(웨이퍼 팹에서는 oil-free pump, bearing을 사용)

문제점: gate oxide integrity를 저하시킨다, 웨이퍼 표면에서 다른 물질들의 세정을 방해

-Native oxide: 웨이퍼 표면에서 수분, 공기에 의해 생성(SiO2)

문제점: single crystal 성장과 gate oxide의 생성 방해, metal 불순물도 포함하고 있음, metal 저항 증가 및 current flow 저하

-Electrostatic discharge: static charge에 의한 damage

문제점: gate oxide break down, charged particle에 영향, neutral particle을 대전

Wafer Cleaning

Cleaning 장비

Cleaning Type

Wet cleaning(습식세정)

순서: Piranha -> SC1 -> SC2 -> HF 

Piranha Clean: organic&metallic impurities 제거

                          과산화수소 H2O2 + 황산 H2SO4

SC1(Standard Clean 1): particle&organic 제거

                                         과산화수소 H2O2 (Oxidation) + 암모니아수 NH4OH (Etching)

SC1

SC2(Standard Clean 2): metallic impurities 제거

                                         과산화수소 H2O2 + 염산 HCl

HF Cleaning: native oxide 제거

 

클린룸 장비

Clean room: m^3당 0.1um 사이즈 particle 개수로 클린룸 Class 정의 

                      ex) ISO5 Class는 m^3 당 0.1um 사이즈 particle이 100,000개 이하

                            =Class100 ft^3 당 0.5um 사이즈 particle이 100개 이하

클린룸 Class

 

70년대까지 Ballroom cleanroom(전체 방을 같은 class로)

Ballroom cleanroom layout

 

80년대부터 현재까지 Bay and Chase cleanroom(높은 class를 요하는 bay 혹은 chase를 구분)

Bay: Class 1, 클린룸 엔지니어들이 근무하며 모니터로만 확인 가능   

Chase: Class 3, 설비엔지니어들이 근무하며 직접 chase에 들어가 설비를 고치기도 함

Bay and Chase cleanroom layout

 

반도체 이송 및 보관 - SMIF, FOSB, FOUP

SMIF(Standard Mechanical Interface): 80~90년대 클린룸 내에서 웨이퍼 청정도를 유지 및 자동화된 이송

FOUP(Front Opening Unified Pod): 현대 클린룸 내에서 300mm 웨이퍼 이송 및 보관

FOSB(Front Opening Shipping Box): 웨이퍼 생산업체에서 반도체 생산업체로의 이동 시 사용(외부 장거리 운송)

 

Air control - 양압(안에서 밖으로), vertical laminar flow(수직 층류)    *층류형(고청정) <-> 난류형(저청정, 대형화)

HEPA(High-Efficiency Particulate Air): laminar airflow를 만듦, 0.3um 이상 미립자 99.99%filter

ULPA(Ultra-Low Penetration Air): 0.12um 이상 미립자 99.9995% filter

Cleanroom air control

Electrostatic Discharge 방지

Static-dissipative materials(정전기 분산): 장비들의 저항률을 분산성 범위에 위치시켜 절연성을 일부 유지하며 불필요한 정전기를 빠르게 전도시켜 정전기 방지

분산성(Static dissipative) 범위란?

Electrostatic discharge grounding(전도성 타일), Air ionization(절연체에 있는 charge를 중성화시킴)

 

DI Water Filtration

Reverse Osmosis(역삼투압): 고농도 용액에 압력을 가해 membrane을 통과할 때 순수한 물만 통과

Reverse Osmosis Filtration

 

Degasifying: hydrophobic(소수성) filter를 사용해 불순물 제거

Membrane Contactor Filtration

 

Electrostatic filtration: positive or negative charged 필터를 사용해 charged particles 제거

Electrostatic Filtration

 

Removal of bacteria: UV광으로 박테리아 제거, 나머지는 ozone으로 제거